CN110987013A - 一种陀螺仪角运动测量系统的校准方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陀螺仪角运动测量系统的校准方法及装置，校准装置包括校准架、主轴、驱动装置、角振动采集系统、角度反射镜、干涉镜、激光干涉仪和计算机；校准方法包括以下步骤：控制角振动台按设定的运动角度信号进行角振动，角振动采集系统采集角度转动数据并传输给计算机；将运动角度信号反馈给伺服控制系统，以控制伺服电机反向运动，由激光干涉仪直接测量出角度反射镜与起始位置的角度偏差；通过角度转动数据和角度偏差合成转动角度值，并对角振动台进行校准；S6、重复即可完成角振动台在整个角振动过程的校准。本发明可以以解决陀螺仪角运动测量系统现场校准困难的问题。

Description

一种陀螺仪角运动测量系统的校准方法及装置

技术领域

本发明涉及一种陀螺仪角运动测量系统的校准方法及装置，属于陀螺仪等惯 性器件测试领域。

背景技术

陀螺仪是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对于空间绕正交于自转轴的角 运动校准装置，在民用和军用领域得到了广泛使用。陀螺仪角运动测量系统是测 量陀螺仪动态特性的主要设备，其中关键设备为角振动台，能精确模拟陀螺仪的 角运动状态，其角运动量值准确与否直接关系到陀螺仪动态特性检测结果的可靠 性，故对陀螺仪角运动测量系统进行校准是十分重要的。

目前陀螺仪角运动测量系统的校准严重落后于实际应用，国内角振动动态校 准主要是采用衍射光栅-激光干涉仪法，直接溯源到角度和时间，该方案适用于 实验室角运动传感器测量，对环境要求苛刻，且仪器结构精密，元器件性能要求 高，通常只是作为一种测量基准和检测手段，很难用于现场检测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种陀螺仪角运动测量系统的校准方法及 装置，以解决陀螺仪角运动测量系统现场校准困难的问题。

本发明的技术方案是：一种陀螺仪角运动测量系统的校准装置，陀螺仪角运 动测量系统包角振动台和工作台，所述角振动台包括竖向设置的回转轴，所述校 准装置包括：

校准架，固定安装在工作台上；

主轴，竖向可转动安装在所述校准架上，并且所述主轴与角振动台的回转轴 的轴心处于同一竖直线上；

驱动装置，设置在所述校准架上，所述驱动装置包括伺服电机和伺服控制系 统，所述伺服电机可驱动所述主轴转动，所述伺服控制系统适于控制所述伺服电 机的动作；

角振动采集系统，安装在所述主轴上，以测量所述主轴的转动角度；

角度反射镜，安装在所述主轴上，以测量所述主轴的转动角度；

干涉镜，与所述角度反射镜平行且处于同一高度位置；

激光干涉仪，与所述干涉镜和所述角度反射镜处于同一高度位置，所述激光 干涉仪发出的激光经所述干涉镜后入射到所述角度反射镜上，被所述角度反射镜 反射后经所述干涉镜回射到所述激光干涉仪；

计算机，所述角振动采集系统的信号输出端与所述计算机的信号输入端电气 连接，所述激光干涉仪的信号输出端与所述计算机的信号输入端电气连接。

优选的，所述伺服电机的输出轴与所述主轴的一端刚性连接。

优选的，在所述校准架上设有固定板，所述主轴通过轴承竖向安装在固定板 上。

优选的，所述角振动采集系统为光栅测角系统。

优选的，所述干涉镜安装在支架上。

本发明还提供一种所述校准装置的校准方法，包括以下步骤：

S1、调整所述激光干涉仪激光准直，将所述角振动台和所述激光干涉仪置于 零位；

S2、控制所述角振动台按设定的运动角度信号进行角振动，所述角振动采集 系统采集角度转动数据并传输给所述计算机，所述运动角度信号包括转动角和转 动速度；

S3、将所述运动角度信号反馈给所述伺服控制系统，以控制所述伺服电机反 向运动，由所述激光干涉仪直接测量出所述角度反射镜与起始位置的角度偏差；

S4、通过所述角振动采集系统采集的角度转动数据和所述激光干涉仪测出的 角度偏差合成转动角度值；

S5、将所述转动角度值与所述设定的运动角度信号所表示的运动角度进行比 较，得到所述角振动台在所述运动角度信号的误差，并对所述角振动台进行校准；

S6、重复步骤S2至S5，完成所述角振动台在整个角振动过程的校准。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明具有结构简单和实现方便的优点，能实现角振动采集系统和激 光干涉仪的快速安装和调整；

(2)本发明能利用便携式的角振动采集系统和激光干涉仪快速完成包括角 度、角速度、角加速度等角运动数据；

(3)本发明提高了陀螺仪角运动测量系统校准的可靠性，提高了角运动校 准的效率，解决了现场陀螺仪角运动测量系统现场校准准确性无法保证的问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为振动台与校准架的结构图；

图中：1角振动台，2工作台，3角振动采集系统，4主轴，5角度反射镜，6 驱动装置，7固定板，8校准架，9干涉镜，10激光干涉仪，11计算机。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对发明进行进一步介绍：

如图1至图2所示，本实施例一种陀螺仪角运动测量系统的校准装置，陀螺 仪角运动测量系统包角振动台1和工作台2，角振动台1包括竖向设置的回转轴， 通过回转轴可带动工作台2的转动。

校准装置包括校准架8、主轴4、驱动装置6、角振动采集系统3、角度反射 镜5、干涉镜9、激光干涉仪10和计算机11。

校准架8，固定安装在工作台2上，主要用于安装主轴4、驱动装置6、角 振动采集系统3和角度反射镜5。

主轴4，竖向可转动安装在校准架8上，并且主轴4与角振动台1的回转轴 的轴心处于同一竖直线上。具体地，在校准架8上设有横向布置的固定板7，主 轴4通过轴承竖向安装在固定板7上。

驱动装置6，设置在校准架8上，驱动装置6包括伺服电机和伺服控制系统， 伺服电机可驱动主轴4转动，伺服控制系统适于控制伺服电机的动作。具体地， 伺服电机的输出轴与主轴4的一端刚性连接。在一个实例中，伺服电机设置在校 准角的下部，并且伺服电机的输出轴竖向设置。

角振动采集系统3，安装在主轴4上，以测量主轴4的转动角度。角振动采 集系统3可以为光栅测角系统。

角度反射镜5，安装在主轴4上，以测量主轴4的转动角度。在一个实例中， 角度反射镜5固定安装在主轴4的顶端。

干涉镜9，与角度反射镜5平行且处于同一高度位置。具体地，干涉镜9可 通过一支架安装在地面上。

激光干涉仪10，与干涉镜9和角度反射镜5处于同一高度位置，激光干涉 仪10发出的激光经干涉镜9后入射到所述角度反射镜5上，被角度反射镜5反 射后经干涉镜9回射到激光干涉仪10。激光干涉仪10可以测量角度反射镜5处 于不同位置的角度差。

计算机11，角振动采集系统3的信号输出端与计算机11的信号输入端电气 连接，激光干涉仪10的信号输出端与计算机11的信号输入端电气连接。

本发明实施例一种所述校准装置的校准方法，包括以下步骤：

S1、调整激光干涉仪10激光准直，将角振动台1和激光干涉仪10置于零位。

S2、控制角振动台1按设定的运动角度信号进行角振动，在角振动过程中角 振动采集系统3采集角度转动数据并传输给计算机11，运动角度信号包括转动 角和转动速度。

S3、将运动角度信号反馈给伺服控制系统，以控制伺服电机反向运动，即按 设定的转动角和转动速度反向转动，由激光干涉仪10直接测量出角度反射镜5 与起始位置的角度偏差。在角振动台1按设定的运动角度信号进行角振动后，伺 服控制系统又按该设定的运动角度信号控制伺服电机反向转动，相当于主轴4 又回到其初始位置，如果角振动台1的运动有误差，则主轴4、角度反射镜5的 位置必然与初始位置不同，会有偏差。

S4、通过角振动采集系统3采集的角度转动数据和激光干涉仪10测出的角 度偏差合成转动角度值。

S5、将合成转动角度值与设定的运动角度信号所表示的运动角度进行比较， 得到角振动台1在运动角度信号的误差，并可以据此对角振动台1进行校准。

S6、重复步骤S2至S5，可完成角振动台1在整个角振动过程(即不同转动 角度和转动速度)的校准。

使用本发明进行陀螺仪角运动测量系统校准时，能实现角振动采集系统3 和激光干涉仪10的快速安装和调整，能利用便携式的角振动采集系统3和激光 干涉仪10快速完成包括角度、角速度、角加速度等角运动数据，提高了陀螺仪 角运动测量系统校准的可靠性，提高了角运动校准的效率，解决了现场陀螺仪角 运动测量系统现场校准准确性无法保证的问题。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能 认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都 应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种陀螺仪角运动测量系统的校准装置，陀螺仪角运动测量系统包角振动台(1)和工作台(2)，所述角振动台(1)包括竖向设置的回转轴，其特征在于，所述校准装置包括：

校准架(8)，固定安装在工作台(2)上；

主轴(4)，竖向可转动安装在所述校准架(8)上，并且所述主轴(4)与角振动台(1)的回转轴的轴心处于同一竖直线上；

驱动装置(6)，设置在所述校准架(8)上，所述驱动装置(6)包括伺服电机和伺服控制系统，所述伺服电机可驱动所述主轴(4)转动，所述伺服控制系统适于控制所述伺服电机的动作；

角振动采集系统(3)，安装在所述主轴(4)上，以测量所述主轴(4)的转动角度；

角度反射镜(5)，安装在所述主轴(4)上，以测量所述主轴(4)的转动角度；

干涉镜(9)，与所述角度反射镜(5)平行且处于同一高度位置；

激光干涉仪(10)，与所述干涉镜(9)和所述角度反射镜(5)处于同一高度位置，所述激光干涉仪(10)发出的激光经所述干涉镜(9)后入射到所述角度反射镜(5)上，被所述角度反射镜(5)反射后经所述干涉镜(9)回射到所述激光干涉仪(10)；

计算机(11)，所述角振动采集系统(3)的信号输出端与所述计算机(11)的信号输入端电气连接，所述激光干涉仪(10)的信号输出端与所述计算机(11)的信号输入端电气连接。

2.根据权利要求1所述的陀螺仪角运动测量系统的校准装置，其特征在于，所述伺服电机的输出轴与所述主轴(4)的一端刚性连接。

3.根据权利要求1所述的陀螺仪角运动测量系统的校准装置，其特征在于，在所述校准架(8)上设有固定板(7)，所述主轴(4)通过轴承竖向安装在固定板(7)上。

4.根据权利要求1所述的陀螺仪角运动测量系统的校准装置，其特征在于，所述角振动采集系统(3)为光栅测角系统。

5.根据权利要求1所述的陀螺仪角运动测量系统的校准装置，其特征在于，所述干涉镜(9)安装在支架上。

6.如权利要求1至5任一所述校准装置的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、调整所述激光干涉仪(10)激光准直，将所述角振动台(1)和所述激光干涉仪(10)置于零位；

S2、控制所述角振动台(1)按设定的运动角度信号进行角振动，所述角振动采集系统(3)采集角度转动数据并传输给所述计算机(11)，所述运动角度信号包括转动角和转动速度；

S3、将所述运动角度信号反馈给所述伺服控制系统，以控制所述伺服电机反向运动，由所述激光干涉仪(10)直接测量出所述角度反射镜(5)与起始位置的角度偏差；

S4、通过所述角振动采集系统(3)采集的角度转动数据和所述激光干涉仪(10)测出的角度偏差合成转动角度值；

S5、将所述转动角度值与所述设定的运动角度信号所表示的运动角度进行比较，得到所述角振动台(1)在所述运动角度信号的误差，并对所述角振动台(1)进行校准；

S6、重复步骤S2至S5，完成所述角振动台(1)在整个角振动过程的校准。

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